疲劳断裂过程可分为疲劳裂纹的萌生、稳定扩展以及失稳扩展断裂三个阶段。
（1）疲劳裂纹的萌生 在交变应力（应变）作用下，材料发生局部滑移。随着循环次数的增加，滑移线在某些局部区域内变粗，并形成滑移带，其中一部分滑移带为驻留带。进一步增加循环次数，驻留滑移带上可以形成挤出峰、挤入槽现象，这就是疲劳裂纹的萌生。表面缺陷或材料内部缺陷起着尖缺口的作用，使应力集中，促进疲劳裂纹的形成。实际工程构件的疲劳裂纹大都在零件表面缺陷、晶界或第二相粒子处萌生。
（2）疲劳裂纹稳定扩展 疲劳裂纹的稳定扩展按其形成机理与特征的不同又可分为两个阶段。
裂纹萌生后，在交变载荷作用下立即沿着滑移带的主滑移面向金属内部伸展。此滑移面的取向大致与正应力成45°，这时裂纹的扩展主要是由于切应力的作用（见图5-2）。对于大多数合金来说，第一阶段裂纹扩展的深度很浅，为2～5个晶粒。
图5-2 疲劳断裂过程示意图
疲劳裂纹扩展一定距离后，将改变方向，沿着与正应力相垂直的方向扩展。此时正应力对裂纹的扩展产生重大影响。这就是疲劳裂纹稳定扩展的第二阶段。疲劳裂纹扩展第二阶段断面上最重要的显微特征是疲劳条带，又称疲劳辉纹。
（3）失稳扩展断裂 疲劳裂纹的失稳扩展断裂是疲劳断裂的最后过程，在该过程中疲劳裂纹快速扩展直至断裂，该阶段断口上的主要微观特征为韧窝。